孟慎梅 李路民 李兆寒(勝利油田濱南采油廠 山東濱州 256600)

前言

隨著聚驅生產規(guī)模的擴大，抽油機井舉升含聚液體過程中存在的問題也越來越突出。主要是隨著含聚濃度上升，粘滯阻力增大，導致桿管偏磨，脫接器壞等故障頻繁發(fā)生，從而造成抽油機井檢泵周期大幅縮短，檢泵率明顯增加，檢泵周期由水驅時的500-600天下降至聚驅的200天左右。由于檢泵周期變短，油井生產維護工作量增大，制約了聚驅井經濟效益的進一步提高。

一、聚驅抽油機井桿柱受力分析

抽油系統抽油桿帶動柱塞在抽油過程中，上沖程時，抽油桿由于提升液體重量，使抽油桿處于受拉狀態(tài)，若井筒相對較直，抽油桿與油管間不會產生摩擦，而下沖程情況就不同了，從圖-1受力模型分析，有如下幾個主要力作用于抽油桿-柱塞系統：

F1：抽油桿自重（包括柱塞）；

F2：油管內作用于柱塞環(huán)型面積上的液柱壓力；

F3：柱塞底部液體對其作用力；

F4：含聚合物的粘彈性流體對抽油桿柱的法向作用力；

F5：桿柱接箍及扶正器在抽油桿運動時所受的液體阻力；

F6：泵筒與柱塞內的摩擦力；

具體分析如下：

桿柱在抽油下行程中，是在這幾種力的合力作用下，其中F1、F2的方向是向下的：F3、F5、F6，后是向上的，而F4是繞抽油桿軸線不均勻分布的。

F1的力可以根據抽油桿柱的長度與柱塞的重量精確地計算出來：F2可以計算出環(huán)型面以上液體的重量，F3柱塞底部的液體對柱塞的作用力，當柱塞下行時，固定凡爾關閉，游動凡爾打開，因此F3力的大小只是抽油桿截面與泵深處壓力乘積，F5由抽油桿接箍面積與抽油桿橫截面積之差的環(huán)型面積及扶正器與抽油桿橫截面積之差的累加決定。

F4由于含聚合物液體的濃度等物理、化學成份各井不同，因此其粘彈性不同，桿柱的法向力也不盡相同。

上述各力可以通過理論計算求得，但其中個別的力計算很繁瑣，因此可以采用實驗的方法測量，再進行加權平均計算。例如F4可以在室內做模擬試驗。

取一個透明的量筒，在其內放一些聚合物液體，將其放置在水平的桌面上，再取一根有一定質量的金屬圓棒，在量筒中心線的上方垂直自然投放到量筒之中，觀察到金屬棒在聚合物液體中下落過程，逐漸向量筒壁靠近，最終貼于量筒壁之上，若將量筒內的液體晃動后再放置在桌面上，重新投放金屬棒，觀察到的現象與前次無大的區(qū)別，只是金屬棒與筒壁相貼位置有了變化。這說明了聚合物液體對桿柱的法向力在圓周上是不均勻分布的，桿柱偏向于受力相對較小的一面，并逐漸向管壁靠攏，這是抽油機井中桿管偏磨造成桿管磨斷的另一個因素。

還有一個使桿管偏磨的主要因素來自于柱塞與泵筒之間的摩擦力，特別是含聚合物液體的粘彈性，增大了柱塞與泵筒之間的摩擦系數，也就增大了摩擦力。

二、防偏磨方法探討：

1.桿柱加重

目前油田正在試驗的有兩種桿柱加重方法，其一是將抽油桿自身加重（桿柱下部直接接加重桿），通過實驗證明仍然存在著桿柱彎曲偏磨的問題。另一種在柱塞上面抽油桿外加上加重砣。將加重砣直接套在抽油桿上，重力直接作用在柱塞的上端，使所有的抽油桿都處于受拉狀態(tài)，防止了彎曲偏磨。另一方面，由于加重降低了桿柱交變應力的應力幅，也就是說，桿柱所受的最大應力和最小應力之差縮小，降低了交變應力。

2.改造抽油泵

抽油泵的改造可從兩個方面去考慮，一是結構及尺寸，既然柱塞與泵筒間的摩擦是一個主要因素，可以考慮更換柱塞與泵筒表面的涂層材料，還可以改變間隙尺寸，這樣均可達到降低摩擦的目的。

(1)抽油桿接箍及扶正器截面涂上較光滑的表面涂層，減小運動阻力。

(2)扶正器外型進行改造，比如做成流線型，減少沖擊阻力。

(3)扶正器布置合理優(yōu)化及配置，盡可能減少桿由于扶正器不合理造成的彎曲。

3.使用輕質抽油桿代替現有抽油桿

由于鋼絲繩、碳纖維抽油桿、玻璃鋼抽油桿本身重量輕，在保持抽油機懸點載荷不變的條件下，可以在下部加相對較重的加重桿，從而大幅降低中和點，達到延長檢泵周期的目的。

4.使用提高采出液溫度方法降低粘度。

聚合物溶液的粘度隨著溫度的升高而降低（如圖4）。在相同條件下，聚合物溶液的溫度越高，其粘度越低。通過實驗證明在30℃~60℃區(qū)間內，溫度升高粘度顯著下降，我們可以通過電加熱油管的方法來控制采出液的溫度，從而降低采出液的粘度，減小桿柱運行的粘滯阻力，達到延長檢泵周期的目的。

結論：

1、正確分析桿柱受力狀況，準確計算桿柱所受阻力是制定防偏磨措施的基礎。

2、通過初步現場實驗表明，采用柱塞上部接加重筒的方法是直接有效的防偏磨措施。

3、采用換輕質抽油桿的方法可彌補加重方法的不足。

4、綜合考慮其它措施降低桿柱在粘彈性流體中的阻力，對防偏磨措施進行優(yōu)化設計是今后努力的方向。